Куценко С.А. Основы токсикологии
Подождите немного. Документ загружается.
Таблица 3. Различия в подходе к формированию групп в исследованиях типа "случай-контроль" и
когортных исследованиях
Исследование типа "случай-
контроль" начинается с
формирования групп:
Лица с
заболеванием
Лица без
заболевания
Когортное исследование
начинается с формирования
групп:
Лица, не подвергшиеся
воздействию
a b
Лица, подвергшиеся
воздействию
c d
Если заболевание у лиц, подвергшихся воздействию фактора, встречается значимо чаще, чем у
лиц контрольной группы, это свидетельствует о наличии причинно-следственной связи между
заболеванием и воздействием.
В соответствии с замыслом исследования количественная оценка риска воздействия фактора
определяется по формуле:
ОР = [c/(c+d)] / [a/(a+b)]
где a,b,c,d - символы, соответствующие представленным в таблице. Если ОР достоверно больше
1, причинная обусловленность заболевания изучаемым фактором признается доказанной. Оценка
достоверности получаемых результатов осуществляется с помощью критерия
2
. Количество лиц,
подлежащих обследованию, является решающим фактором, определяющим качество работы,
достоверность получаемых результатов. Поэтому размеры когорт должны быть определены
исследователем до начала работы, исходя из представлений о распространенности изучаемой
патологии в контрольной группе.
Методом когорт можно исследовать множественные изменения в состоянии здоровья,
наступающие в результате действия фактора. Например в когорте лиц, контактировавших с
этиленоксидом, может быть одновременно изучена частота случаев новообразований,
заболеваний органов дыхания, кожи, нарушений репродуктивных функций и т.д.
Когортные исследования позволяют оценить как абсолютный, так и относительный риск,
связанный с воздействием изучаемого фактора. Эффективность исследования зависит от частоты
проявления эффекта в популяции. Если ожидаемый эффект проявляется единичными случаями
на тысячу обследуемых в течение нескольких лет, то исследование превращается в трудно
выполнимое.
Ретроспективные исследования во многом опираются на имеющиеся свидетельства воздействия
изучаемого фактора и поэтому они должны быть по возможности максимально объективными.
Следует обязательно учитывать влияние запутывающих факторов (пол, возраст, расовая и
социальная принадлежность, особенности работы, продолжительность трудовой деятельности и
т.д.).
Количественная характеристика воздействия вредного фактора на обследуемых является
важнейшим элементом кагортного исследования. Поэтому достоверность результатов зависит от
надежности и объективности химико-токсикологического мониторинга среды (состояния рабочего
места). Иногда дополнительная заболеваемость (распространенность) в больших когортах может
и не выявляться, если исследователи полагали, что все лица подверглись реальному
воздействию, в то время как лишь часть обследуемых имела биологически значимый контакт с
токсикантом.
Для обеспечения сравнимости получаемых результатов при проведении когортных исследований
изучаемые патологические состояния следует кодировать в соответствии с принятой
международной классификацией болезней. Рекомендуемым показателем выраженности эффекта
является стандартизованная заболеваемость (см. выше). В корректно проводимом исследовании
стандартизованная заболеваемость в контрольной группе близка к 1,0.
В ходе когортных исследований возможно получение парадоксальных результатов, когда
заболеваемость в исследуемой группе ниже, чем в группе сравнения. Это свидетельствует о
неправильном формировании контрольной группы.
3.4. Метод "поперечного среза"
Этот метод исследования иногда называют одномоментным, обзорным или выборочным. Он
состоит в одновременной регистрации силы воздействия "вредного" фактора и оценке
распространенности некоего изменения в состоянии здоровья среди группы лиц, случайным
образом выбранных из обследуемой популяции (или всей популяции) и популяции сравнения.
Метод может оказаться полезным при изучении причин хронических заболеваний, часто
встречающихся в той или иной популяции. Он позволяет установить связь между действием
фактора и увеличением частоты случаев заболевания (в сравнении с контролем), однако
временные, причинно-следственные связи, а также тенденция развития процесса в данном случае
не определяются.
Преимуществом метода является быстрая и полная характеристика возникшей проблемы.
Ограничения метода обусловлены тем, что далеко не всегда регистрируемая патология является
следствием действия фактора, определяющегося в момент исследования (болезнь развилась
ранее в результате действия другого фактора).
Для обработки результатов может быть привлечена методология когортного анализа или метода
"случай-контроль".
В качестве примера приведем результаты расследования случая хронического отравления
мышьяком, содержавшимся в питьевой воде, жителей двух деревень Западной Бенгалии.
Хронические отравления мышьяком характеризуются гиперкератозом, гиперпигментацией,
гепатомегалией и неврологическими нарушениями. В далеко зашедших случаях развиваются рак
кожи и гангрена конечностей ("черная стопа"). Некоторые из этих симптомов и были выявлены у
жителей. Необходимо было решить, в какой степени симптоматика обусловлена действием As
обнаруженного в воде некоторых водоносных скважин.
В процессе исследование провели:
- опрос жителей деревень (вопросы о здоровье, источнике воды, пище, работе);
- клиническое обследование жителей;
- лабораторный анализ проб воды, добытой из разных скважин.
Результаты исследования приведены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты поперечного исследования в двух деревнях
Деревня¦ Концентр. Пьют из Гиперпигментация Гепатомегалиея у
скважины Мышьяка
мг/л
данной
скважины
кожи у (чел) (чел)
Концентрация мышьяка > 0,05 мг/л
N 1 1 2,0 48 46 46
-"- 2 0,2 8 6 6
-"- 3 0,275 7 6 6
N 2 4 0,2 4 4 4
Всего 67 62 62
Концентрация мышьяка < 0,05 мг/л
N 1 5 0 11 0 0
-"- 6 0,035 8 0 0
-"- 7 0 26 0 3
-"- 8 0,037 16 0 1
N 2 9 0,022 7 0
-"- 10 0 12 0 0
-"- 11 0,031 16 0 1
Всего 96 0 6
Как следует из представленных данных, для лиц, использующих воду из источников с
содержанием мышьяка менее 0,05 мг/л, распространенность гипрепигментации и гепатомегалии
соответственно составляют 0 - 6 %.
Для источников с концентрацией более 0,05 мг/л распространенность патологии равна 62/67=0,93
(93%) (по источникам 1-4, соответственно, 96%, 75%, 86%, 100%).
Различие между сравниваемыми группами высоко значимо (р<0,001), что указывает на
обусловленность симптоматики приемом мышьяка.
Анализ этих же результатов методом "случай-контроль" предполагает формирование таблицы
иного вида. Ниже представлена четырехпольная таблица распределения лиц с гепатомегалией
("случай") и без данного признака ("контроль") по градациям концентрации мышьяка в воде
(Таблица 5. Анализ результатов поперечного исследования по группам больных и здоровых
(подход "случай-контроль").
Таблица 5. Анализ результатов поперечного исследования по группам больных и здоровых
(подход "случай-контроль")
Этиологический фактор Обследованные с
гепатомегалией
Обследованные без
гепатомегалии
Концентрация мышьяка в воде >
0,05 мг/л
62 5
Концентрация мышьяка в воде
<0,05 мг/л
6 90
Относительный риск развития гепатомегалии ОР = (62х90)/(6х5) = 186. Значимость различий очень
высокая, р < 0,001. Если в определение случая включить также гиперпигментацию, то ОР
стремиться к бесконечности, а значимость различий будет еще выше.
Выводы, полученные с использованием методологии "когортного анализа", совпадают со
сделанными выше.
3.5. Другие методы
Кластерные исследования оценивают частоту ожидаемых эффектов в группах лиц, подвергшихся
(подвергающихся) воздействию вредного фактора, неформально объединенных каким-либо
кластеробразующим показателем: временным, пространственным, семейным (национальным)
родством, близостью механизмов развития патологии и т.д. Для анализа результатов прибегают к
помощи специального математического аппарата.
Экотоксикологические исследования предполагают анализ функционального состояния не
отдельных лиц, а целых групп населения, находящихся в условиях предполагаемого воздействия
со стороны экополлютантов. Не редко подобные обследования носят геополитический характер
(государство, страна, континент), а в качестве оцениваемого эффекта рассматриваются такие
показатели, как рождаемость, смертность, заболеваемость и т.д. Поскольку на результаты
подобных исследований влияет огромное количество факторов, их следует рассматривать как
основание для формирования гипотез, подлежащих в дальнейшем более глубокому изучению в
ином масштабе.
4. Интерпретация результатов (принципы формирования выводов)
В ходе эпидемиологических исследований редко удается выявить абсолютную связь между
интересующим фактором и изучаемой патологией. В этой связи разработана концепция "паутины"
причин, согласно которой в реальных условиях целый ряд факторов, взаимодействуя между
собой, вносит вклад в развитие тех или иных нарушений здоровья. Хотя концепция разработана
для объяснения возникновения и распространения среди населения заболеваний, обусловленных
длительным действием факторов, многие из её следствия применимы и для острых воздействий.
В настоящее время в токсикологии признано, что степень научной обоснованности вывода о
наличии причинно-следственных связей между действием "вредного" фактора и нарушением
здоровья определяется:
- достоверностью и выраженностью математических характеристик силы связи между явлениями,
полученных в ходе исследования;
- специфичностью выявленной связи;
- воспроизводимостью результатов, получаемых в разных исследованиях;
- временной последовательностью событий (сначала действие, затем эффект);
- биологической возможностью связи между фактом действия вещества и развитием конкретной
формы токсического процесса;
- дозовой зависимостью оцениваемого эффекта.
Сила связи. Связь между действием исследуемого фактора и развитием патологии колеблется в
широких пределах от очень сильной до слабой. Чем сильнее связь между событиями, тем
вероятнее, что оцениваемый фактор действительно является этиологическим. Характеристиками
силы связи являются: относительный риск, коэффициент корреляции, результаты регрессионного
анализа и т.д. Последние две характеристики количественны по своей природе. В
эпидемиологических исследованиях силу связи лучше выражать в величинах относительного
риска (см. выше). Определение относительного риска позволяет рассчитать и другие
характеристики, в частности, атрибутивный риск (см. выше). Сила связи зависит от ряда факторов.
Важнейший из них - число лиц, охваченных обследованием. При обследовании больших групп
вероятность получения достоверной информации в целом выше, более надёжными являются
характеристики силы связи.
На силу связи влияют особенности действия изучаемого фактора. В ряде случаев характеристика
воздействия полностью определяет объективность получаемых результатов. Неправильная
характеристика воздействия, недоучет множественного характера действующих факторов на
популяцию приводят к появлению ошибок в определении силы изучаемой связи. В ряде случаев
особую значимость приобретает корректность характеристики сроков воздействия токсиканта. Так,
при изучении последствий контакта с предполагаемыми тератогенами, эмбриотоксикантами очень
важно представлять в каком периоде развития плода произошло воздействие, т.к.
чувствительность эмбриона к подобным химическим веществам существенно изменяется во
времени. Однако далеко не всегда характеристики воздействия могут быть получены в полном
объеме.
В этом случае один из методов подтверждения связи между действием токсиканта и развитием
патологии состоит в устранении его действия, с последующим изучением характеристик
распространенности патологии и заболеваемости и сравнением данных с предсказанными путем
расчета атрибутивного риска. Подобные исследования продолжительны и потому требуют
тщательного контроля сопутствующих факторов.
Грамотное определение силы связи важно, поскольку в этом случае уменьшается вероятность
того, что полученные результаты являются следствием субъективизма и методических
погрешностей. Субъективизм, проявляемый на этапах формирования групп, компоновки базы
данных, анализа результатов, может иметь такое же влияние на содержание выводов, как и
исследуемый фактор.
Специфичность связи. Специфичность связи характеризует отношение между действующим
фактором и развивающимся эффектом. Наиболее простая форма: отношение "один к одному".
Регистрация такого типа связи означает, что конкретному типу воздействия соответствует
появление вполне конкретного эффекта, или действие агента всегда сопровождается развитием
определенного токсического процесса. Как правило, в природе такая связь встречается крайне
редко. Чаще токсикант специфически вызывает ту или иную форму патологии, но она проявляется
и при действии иных факторов на организм. Более того, каждый из известных токсикантов может
вызывать целый ряд эффектов (симптомокомплексы) и распознавание его действия связано с
необходимостью выявления всех (большинства) этих эффектов. Например, хроническое действие
мышьяка сопровождается развитием периферической нейропатии. Однако нейропатии могут быть
следствием воздействия и других токсикантов (органических растворителей, ТОКФ и т.д.). С другой
стороны, мышьяк помимо нейропатий вызывает и другие эффекты (поражение кожи, почек,
печени, легких, системы крови, новообразования).
Важным моментом, определяющим специфичность связи, является правильная диагностика
заболеваний, формирующихся в результате действия токсикантов.
Постоянство и воспроизводимость связи. Вероятность истинности суждения о значении
изучаемого фактора, как этиологического фактора данного патологического состояния возрастает,
если результаты, полученные в ходе выполнения независимых исследований на различных
объектах и популяциях, совпадают.
Биологическая возможность связи. Предположение о наличии связи между действием
ксенобиотика и развитием патологии формируется в ходе эксперимента, либо наблюдений в
условиях клиники за лицами, перенесшими острые и хронические интоксикации. Весьма ценно,
если установлен механизм, посредством которого изучаемый фактор может вызывать
оцениваемый биологический эффект. Такие данные получают в ходе систематических
экспериментальных исследований на лабораторных животных, других биологических объектах.
Однако, оценивая результаты, необходимо иметь в виду, что невозможность вызвать в
эксперименте на животных патологическое состояние, наблюдаемое у человека, тем не менее не
исключает возможность того, что изучаемый токсикант все-таки может стать причиной
заболевания людей.
Временная последовательность событий. Порой у исследователя нет четких свидетельств о
времени воздействия фактора на обследуемую популяцию, а длительный скрытый период
патологического состояния еще более затрудняет его определение. В этих условиях возникает
возможность вмешательства дополнительных факторов в процесс формирования патологии.
Поэтому необходимо всячески стремиться к получению объективной информации о сроках
действия изучаемого фактора.
Установление дозо-зависимых связей между фактором и эффектом чрезвычайно важная, но
практически не выполнимая в рамках эпидемиологических исследований, задача. Подобные связи
изучаются в ходе лабораторных исследований. Однако естественная изменчивость человеческой
популяции и известная неточность эпидемиологических исследований чрезвычайно затрудняют
получение этой характеристики применительно к человеку.
ГЛАВА 3.3. ОЦЕНКА РИСКА ДЕЙСТВИЯ ТОКСИКАНТА
Человек подвержен действию огромного количества вредных химикатов, следовательно, всегда
имеется риск возможного вреда, причиняемого ими. Очень часто общество нуждаются в разумных,
обоснованных предложениях о путях снижения риска. Такие предложения могут быть сделаны
только на основе информации о вероятности и характере вредного действия. Это и послужило
поводом для разработки методологии оценки риска, которая предназначена для его
идентификации, характеристики и измерения.
1. Исторические аспекты
В 50-х годах, вследствие установления факта канцерогенности ионизирующих излучений,
появилась необходимость оценки риска развития новообразований при облучении. Разработка
методики оценки риска канцерогенеза, обусловленного действием химических веществ, была
начата в 60-х годах, как реакция на возрастающее загрязнение окружающей среды. В 1961 году
Управление по Пищевым и Лекарственным Веществам США (FDA) предложило первую редакцию
методики. В дальнейшем было разработано и принято несколько реализующих документов. В
настоящее время оценка риска - важный инструмент принятия решений на административном
уровне во многих странах мира.
2. Что такое оценка риска?
Риск - это вероятность ущерба здоровью, или более точно, вероятность травмы, заболевания или
смерти при определенных условиях. Другими словами, риск это потенциальная возможность
реализации нежелательных последствий некоего события. Оценка риска строится на анализе
конкретной ситуации и состоит в определении вероятности вредного действия изучаемого
фактора. Частным случаем является количественная оценка вероятности ущерба здоровью
человека, связанного с действием определенных агентов, например, химических веществ,
находящихся в окружающей среде или на рабочем месте.
Базовой информацией для проведения исследования является токсикологическая характеристика
вещества, риск от воздействия которого предполагается оценить. Изучение токсикологической
характеристики веществ - сложный процесс, включающий целый спектр технических приемов
(таблица 1).
Таблица 1. Токсикологическая характеристика вещества, привлекаемая для оценки риска его
воздействия
1. Химические и физические свойства
2. Судьба в окружающей среде и способы воздействия на биологические системы
(организм)
А. Источники
Б. Стойкость на местности
В. Пути превращения в окружающей среде
Г. Возможности биоаккумуляция и биомагнификации в организмах живых существ:
-токсикокинетические характеристики
-особенности метаболизма
3. Тесты in vivo
А. Оценка острой токсичности:
-величины ЛД
50
и ЛК
50
Б. Подострое воздействие:
-токсичность при 90-суточном скармливании токсиканта
-токсичность при 30 - 90 суточном ингаляционном и/или чрезкожном воздействии
В. Хроническое действие:
- токсичность при пожизненном введении
Г. Специальные виды токсичности:
-раздражающее действие
-способность сенситизации кожных покровов
-тератогенность
-канцерогенность
-репродуктивная токсичность
Д. Избирательная токсичность:
-нейротоксичность
-гепатотоксичность
-пульмонотоксичность
-нефротоксичность и т.д.
4. Тесты in vitro
-мутагенность (исследования на прокариотах, эукариотах)
-способность вызывать хромосомные аберрации
-канцерогенность
6. Натурные исследования
-эпидемиологические исследования
-оценка экологического ущерба
Как указывалось ранее, токсические процессы можно отнести к одной из следующих групп:
- формирующиеся по пороговому принципу;
- формирующиеся по беспороговому принципу.
В первом случае причинно-следственная связь между фактом действия вещества и развитием
процесса носит безусловный характер. Зависимость "доза-эффект" прослеживается на уровне
каждого, подвергающегося воздействию организма, при этом, чем больше доза, тем выраженнее
реакция. Вместе с тем при действии веществ в дозах ниже определенных уровней (порогов)
токсический процесс не развивается вовсе (интоксикации, транзиторные токсические реакции).
Во втором случае причинно-следственные связи между фактом действия вещества и развитием
процесса носят вероятностный характер. Зависимость "доза-эффект" прослеживается только на
уровне популяции: чем больше доза, тем у большей части особей испытуемой популяции
регистрируется эффект. При этом вероятность формирования токсического процесса сохраняется
при действии на биосистему даже одной молекулы токсиканта (беспороговый эффект), хотя у
отдельных организмов эффект может не развиться даже при очень интенсивных (смертельных)
воздействиях (мутагенез, канцерогенез, тератогенез).
В этой связи и количественные характеристики риска определяются в соответствии с двумя
операционными схемами.
Токсиканты, способные провоцировать токсические процессы, развивающиеся только по
пороговому принципу, могут быть охарактеризованы с помощью критерия "фактор безопасности"
(индекс опасности). Оценить риск контакта с таким веществом, означает, по сути, - определить
порог его токсического (или безопасного) действия, выразив его через величины предельно
допустимой дозы (ПДД) или предельно допустимой концентрации (ПДК). За рубежом для этой
цели используют такие показатели как: уровень максимального загрязнения (УМЗ), допустимый
суточный прием (ДСП), рекомендуемая доза (РД) (соответственно: Maximum Contaminant Level,
Acceptable Daily Intake, Reference Dose). Эти характеристики определяются по специальным
методикам, в основе которых лежит установление зависимости "доза-эффект", и в дальнейшем
утверждаются законодательно (см. выше). В любом случае указанные величины характеризуют
количество токсиканта (в миллиграммах на килограмм массы тела или миллиграммах на единицу
объема объекта, среды), контакт с которым не приводит к появлению каких бы то ни было
неблагоприятных последствий при хроническом действии в популяции, включая группы
чувствительных лиц.
В ходе оценки риска, измеряют действующие дозы токсикантов, находящихся в окружающей среде
(экспозиционные дозы - ЭД), после чего их сравнивают с величинами безопасных доз и
концентраций и на этом основании судят о степени риска воздействия.
Часто для оценки риска используют еще одну величину - хронического ежедневного приема (ХЕП).
ХЕП характеризует воздействия, при контакте с токсикантом на протяжение всей жизни. Единицей
измерения ХЕП является величина массы токсиканта приходящаяся на величину массы тела в
единицу времени (мг/кг/сут).
Для химических веществ с определенным порогом токсического действия оценка риска сводится к
определению отношения ЭД к РД и т.д. Эти соотношения и называются "индекс опасности".
Порядок расчета индекса опасности, связанной с действием вещества, осуществляется
следующим образом:
Индекс опасности = ЭД/РД,
где: ЭД - экспозиционная доза
РД - рекомендуемая доза
(при этом ЭД и РД должны выражаться в одинаковых величинах, применительно к одинаковым
временным условиям воздействия - острому, подострому, хроническому).
Если индекс опасности выше 1, имеется риск связанный с действием токсиканта.
Риск развития эффектов, развивающихся по беспороговому принципу, должен быть
охарактеризован другим способом. В частности, следует установить действующую дозу
токсиканта, при которой частота возникновения вызываемого эффекта (канцерогенез) в
экспонируемой популяции, находится на "допустимом" (выбранном субъективно) уровне. Эта доза
рассчитывается путем математического моделирования. Обычно, в качестве "допустимого"
принимают воздействие, при котором в популяции количество, например, смертей от
новообразований увеличится не более чем на 1 случай на миллион (1х10
-6
), при условии контакта
людей с токсикантом в течение всей жизни. Однако в зависимости от обстоятельств (особенности
региона и т.д.) этот уровень может колебаться в диапазоне 1х10
-3
- 1х10
-6
. Такой подход
обозначается, как методология оценки риска беспорогового действия, а определенная таким
образом доза токсиканта в зарубежной литературе получила название виртуальная безопасная
доза (virtual safe dose - ВБД). В России, в соответствии с "Методическими рекомендациями по
экспериментальному обоснованию гигиенических регламентов химических канцерогенных
веществ" (1985), в основе регламентации канцерогенов лежит определение их ПДК.
За рубежом, для веществ, вызывающих беспороговые эффекты (канцерогенез и др.), риск
выражают как вероятностную величину. В частности для оценки риска канцерогенеза используют
"фактор канцерогенной активности вещества". Эта величина определяется с помощью расчетных
методик на основе экспериментального материала и представляет собой угол наклона
зависимости между величинами вероятности развития новообразования и действующей дозы
токсиканта (q). Результат умножения величины ХЕП (см. выше) на q дает безразмерную величину
риска развития новообразования. Если эта величина превышает установленный уровень,
воздействие признается опасным.
Порядок расчета опасности воздействия веществ, связанной с развитием беспороговых эффектов,
осуществляется следующим образом:
Риск = 1 - exp(-ХЕП) q,
где:
Риск - вероятность развития конкретной опухоли при анализируемой величине ХЭП;
exp - экспоненциал;
ХЕП - величина хронического ежедневного приема, усредненная на 70 лет жизни (мг/кг.сут);
q - фактор канцерогенной активности вещества.
Методика оценки опасности может быть упрощена, при условии, что безопасные концентрации
вещества уже известны. В этом случае величину ХЕП просто сравнивают с величиной ВБД. Если
ХЕП больше, это свидетельствует о превышении допустимого содержания вещества,
установленного законодательством.
Целью определения риска иногда являются числовые характеристики вероятности развития
определенных неблагоприятных эффектов, например фиброза легких, хронической печеночной
недостаточности, новообразования, смерти и т.д.
3. Процесс оценки риска
Из-за большого разнообразия условий и свойств токсикантов не возможно создать единый
сценарий, позволяющий оценивать риск всех химических веществ во всех возможных ситуациях.
Существует методология поэтапного решения задачи, в соответствии с которой можно провести
полный анализ различных случаев. Она включает четыре элемента:
1. Идентификация опасности;
2. Оценка воздействия;
3. Оценка токсичности;
4. Характеристика риска.
Каждый из этих элементов имеет непосредственное отношение к важнейшим характеристикам,
определяющим риск от воздействия токсикантов:
- наличия опасных токсикантов в окружающей среде;
- судьбы токсиканта в окружающей среде;
- способа воздействия на организм;
- токсикологических свойств вещества;
- характеристики популяции, на которую действует токсикант;
- вероятности ожидаемого риска для здоровья.
Общая схема алгоритма оценки риска представлена на рисунке 1.